迈克尔逊干涉仪

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1、大学物理仿真实验报告迈克尔逊干涉仪一、试验目的1.了解迈克尔逊干涉仪的结构和原理，掌握调节方法；2.利用点光源产生的同心圆干涉条纹测定单色光的波长。二、仪器及用具（名称、型号及主要参数）迈克尔逊干涉仪，He-Ne激光器，透镜等三、实验原理迈克尔逊干涉仪原理如图所示。两平面反射镜M1、M2、光源 S和观察点E（或接收屏）四者北东西南各据一方。M1、M2相互垂直，M2是固定的，M1可沿导轨做精密移动。G1和G2是两块材料相同薄厚均匀相等的平行玻璃片。G1的一个表面上镀有半透明的薄银层或铝层，形成半反半透膜，可使入射光分成强度基本相等的两束光，称G1为分光板。G2与G1平行，以保证两束光在玻璃中所走

2、的光程完全相等且与入射光的波长无关，保证仪器能够观察单、复色光的干涉。可见G2作为补偿光程用，故称之为补偿板。G1、G2与平面镜M1、M2倾斜成45角。 如上图所示一束光入射到G1上，被G1分为反射光和透射光，这两束光分别经M1和M2反射后又沿原路返回，在分化板后表面分别被透射和反射，于E处相遇后成为相干光，可以产生干涉现象。图中M2是平面镜M2由半反膜形成的虚像。观察者从E处去看，经M2反射的光好像是从M2来的。因此干涉仪所产生的干涉和由平面M1与M2之间的空气薄膜所产生的干涉是完全一样的，在讨论干涉条纹的形成时，只需考察M1和M2两个面所形成的空气薄膜即可。两面相互平行可到面光源在无穷远处

3、产生的等倾干涉，两面有小的夹角可得到面光源在空气膜近处形成的等厚干涉。若光源是点光源，则上述两种情况均可在空间形成非定域干涉。设M1和M2之间的距离为d，则它们所形成的空气薄膜造成的相干光的光程差近似用下式表示 若M1与M2平行，则各处d相同，可得等倾干涉。系统具有轴对称不变性，故屏E上的干涉条纹应为一组同心圆环，圆心处对应的光程差最大且等于2d,d越大圆环越密。反之中心圆斑变大圆环变疏。若d增加 则中心“冒出”一个条纹，反之d减小 则中心“缩进”一个条纹。故干涉条纹在中心处“冒出”或“缩进”的个数N与d的变化量d之间有下列关系即 =2dN根据该关系式就可测量光波波长或长度d。 四、实验步骤及

4、操作1. 单击登陆进入实验大厅2. 选择光学学实验单击3. 双击迈克尔逊干涉仪进入实验界面4. 在实验界面单击右键选择“开始实验”5. 调节仪器：右击打开光源左键托小孔光栏至迈克尔逊干涉仪与激光器之间右击选调节光栏或凸透镜高度不断单击左右键调节小孔光栏高度直至出现5个红点右键选调节M2镜上的螺钉左右键旋转史下方两个红点与上方红点重合并出现粉红色光环关闭M2上螺钉窗口右键选光栏或凸透镜归位左键托光栏回原位左键托凸透镜至迈克尔逊干涉仪与激光器之间右键选调节光栏或凸透镜高度至出现深红色光环右击选测He-Ne激光的波长右击选导轨侧面毫米刻度尺左击显示读数窗口右击显示微动手轮 (抓图1)6.测量：由测量

5、波长关系式可知，是以定值，平移M1来改变d，观察等倾圆环条纹的变化规律并记录。每“冒出”或“缩进”50个圆环（中央亮斑最大）记录一次M1镜的位置，连续9次，用逐差法处理实验数据。（抓图2）五 数据记录及处理1. 数据列表表1 平面镜M1位置变化测量 条纹的吞吐数N1050100150200di/mm48.4940548.4781448.4628348.4470048.43115条纹的吞吐数N2250300350400450di+5/mm48.4153248.3995548.3834048.3675548.35172N=N2-N1250250250250250di=di+5-di5/mm-0.0

6、7873-0.07859-0.07943-0.07945-0.07943（di）=di -d/mm0.000400.00054-0.00030-0.00032-0.00030 =2diN/m6.3310-7N=2502. 数据处理由上表知d=-0.07913mm计算平均值= 2diN = 20.07913250 106 =633.0nm 根据标准值 0= 632.8nm 百分相对误差E=|-0|0100%=|633.04-632.8|632.8100%=0.0379%六、回答预习思考题1 测He-Ne激光波长时，要求n尽可能大，这是为什么？对测得的数据应采用什么方法进行处理？答：n越大所测得的波长的精确度就越高。对实验测得的的数据采用逐差法进行处理。2 从实验原理图1中看，如果把干涉仪中的补偿板B去掉，会影响到哪些测量？哪些测量不受影响？答：补偿板有两个作用，其一是补偿光程，其二是消色差。且最主要作用为消色差。补偿板B的作用是使光程差仅由M1、M2的位置决定，若去掉B，那么光程差还受到平行板厚度、倾角、折射率等因素的影响。综合分析可以知道，这样的话会使各个刻度的测量带来影响，而对于圆环数N则没有影响。